Biologia Molecular - Morte Celular

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· Biologia Molecular: Morte Celular
O crescimento, desenvolvimento e manutenção do organismo celular depende não apenas da produção de células, mas também de um mecanismo que as destroem.
Para a manutenção de um tecido, entre muitos exemplos, requer que as células morram em uma mesma taxa em que elas são produzidas.
A morte celular é um processo altamente ordenado, que ocorre em uma sequência de eventos moleculares ordenados pela célula, na qual a mesma se autodestrói, e é fagocitada por outras células.
· Pode ocorrer dois tipos de Morte celular: 
Na maioria dos casos, essa morte celular programada ocorre por um processo celular chamado de apoptose, mas devemos saber que existe outra forma de morte celular, chamada de necrose.
As células que morrer por apoptose sofrem um modificações morfológicas características:
A) Se encolhem e condensam;
B) O citoesqueleto colapsa;
C) O envelope nuclear se desfaz;
D) A cromatina nuclear se desfaz e quebre em fragmentos;
E) Rompe-se em fragmentos fechados por uma membrana, chamado de corpos apoptóticos.
Após esse processo, a superfície da célula ou dos corpos apoptóticos torna-se quimicamente alterada, sendo rapidamente engolfada por uma célula vizinha ou um macrófago.
Por apoptose a célula morre de forma ordenada, sendo rapidamente eliminada, sem que tenha chance de causar uma resposta inflamatória prejudicial. 
Ao contrário do apoptose, células que morrem em resposta a um dano agudo, como um trauma ou uma falta de suprimento sanguíneo, morrer por um processo chamado de necrose celular.
As células necrosadas se expandem e explodem, liberando seus conteúdos sobre as células adjacentes e provocando uma resposta inflamatória
· Para que propósito essa morte celular massiva por apoptose?
Diferente do que pensamos, a apoptose não acontece apenas em erros celulares, ou em casos de supressões de celular cancerígenas pela p57, ocorre em diversos mecanismos, como:
· Ajuda a esculpir mãos e pés durante o desenvolvimento embrionário;
· As células morrem quando a estrutura formada por elas não é mais necessária;
· Controle de qualidade no desenvolvimento, eliminando células que são anormais, posicionadas de forma incorreta, não funcionais ou potencialmente perigosas ao organismo;
· A apoptose elimina o desenvolvimento de linfócitos T e B que falham tanto em produzir receptores antígeno-específicos potencialmente utilizáveis quanto em produzir receptores autorreativos que originam células potencialmente perigosas;
· Elimina muitos dos linfócitos ativados por uma infecção, depois que tenham ajudado a destruir os micróbios responsáveis.
· As células animais podem reconhecer dano em suas várias organelas e, se o dano for grande o suficiente, elas podem matar a si mesmas entrando em apoptose.
· Apoptose: 
A apoptose é disparada por membros de uma família de proteases especializadas, proteases são enzimas que quebram ligações peptídicas entre os aminoácidos das proteínas. O processo é chamado de clivagem proteolítica, um mecanismo comum de ativação ou inativação de enzimas.
Essas proteases clivam sequências específicas em numerosas proteínas dentro da célula, proporcionando, assim, mudanças dramáticas que levam à morte celular e ao engolfamento.
Essas proteases especializadas são chamadas de caspases, e são sintetizadas na própria célula como precursores inativos e são apenas ativadas durante a apoptose.
Nesse sentido, podemos afirmar que, a apoptose depende de uma cascata proteolítica intracelular mediada por caspases.
Proteases essas que podem ser divididas em duas principais classes de caspases apoptóticas, Caspases Iniciadoras e Caspases Executoras.
· Caspases Iniciadoras e Executoras:
Como indica seu nome, as caspases iniciadoras iniciam o processo da apoptose. Esse tipo de caspases existe normalmente como um monômero inativo no citosol, assim como a caspase executora.
No entanto, ao receber um sinal apoptótico, a maquinaria celular de caspases dispara-se a montar grandes plataformas proteicas que congregam múltiplas caspases iniciadoras em grandes complexos.
Dentro desses complexos, pares de diversas caspases formam dímeros, o que resulta na ativação da protease. Após isso, cada caspase cliva seu parceiro em um sitio especifico no domínio da protease, o que estabiliza o complexo ativo e é requerido para o funcionamento apropriado da enzima na célula.
A principal função da caspase iniciadora é ativar as caspase executoras. Elas realizam isso clivando-as em domínios específicos no sitio da protease, e então o sítio ativo é rearranjado de uma conformação inativa para uma ativa.
Um complexo de caspase iniciadora pode ativar muitas caspases executoras, resultando em uma amplificação da cascata proteolítica. Uma vez ativada, caspases executoras catalisam os diversos eventos de clivagem de proteínas que matam a célula.
Ativação da caspase durante a apoptose:
· Inúmeras proteínas são clivadas pelas caspases durante a apoptose, por exemplo:
· As lâminas nucleares, cuja clivagem provoca a degradação irreversível da lâmina nuclear
· Uma proteína que normalmente detém uma endonuclease chamada de (CAD) que degrada DNA em uma forma inativa; sua clivagem libera a endonuclease para fragmentar o DNA no núcleo da célula;
· Proteínas-alvo incluem componentes do citoesqueleto e proteínas de adesão célula-célula que ligam as células às suas vizinhas; a clivagem dessas proteínas ajuda a célula apoptótica a arredondar-se e desligar-se das suas vizinhas, tornando mais fácil para uma célula vizinha engolfá-la, ou, no caso de uma célula epitelial, para a célula vizinha retirar a célula apoptótica da camada celular.
Observação: A cascata da caspase não é apenas destrutiva e autoamplificável, mas também é irreversível; assim, uma vez que a célula começa a via para a destruição, ela não pode voltar atrás.
· Nesse sentido, como a caspase iniciadora é ativada pelo sinal apoptótico?
Para responder essa pergunta devemos entender que existe duas rotas para receber o sinal apoptótico, sejam elas: via extrínseca e via intrínseca ou mitocondrial.
Cada uma dessas rotas utiliza suas caspases iniciadoras e seus sistemas de ativação específicos.
· Via Extrínseca da apoptose:...jfghjdfgggggggggggggggggggggggggggggggfggg. 
A ligação de proteínas de sinalização extracelular na superfície celular, a partir dos receptores de morte da célula dispara o mecanismo da via extrínseca da apoptose.
Os receptores de morte são proteínas transmembrana contendo um domínio extracelular de ligação ao ligante, um domínio transmembrana e um domínio de morte intracelular, o qual é requerido pelos receptores para ativar o programa apoptótico.
Os receptores de morte são homotrímeros e pertencem à família de receptores do fator de necrose tumoral, na qual esses possuem receptores pra esse ligante fator de necrose tumoral (TNF), e outro chamado de receptor de morte FAS.
Os ligantes que ativam os receptores de morte também são homotrímeros; eles são estruturalmente relacionados e pertencem à família TNF de proteínas sinalizadoras.
O disparo de sinalização que ativa a via extrínseca da apoptose é a ativação do receptor de morte FAS na superfície da célula pelo ligante FAS da superfície de um linfócito Killer (matador).
Quando ativado pela ligação do ligante FAS, domínios de morte na cauda citosólica dos receptores de morte FAS, ligam-se a proteínas adaptadoras intracelulares, que, por sua vez, ligam caspases iniciadoras (entre elas principalmente a caspase 8).
Essa ligação de caspases iniciadoras forma um complexo de sinalização indutor de morte (DISC), e uma vez dimerizada e ativada em DISC, as caspases iniciadoras clivam seus parceiros e então ativam caspases executoras a após isso, para induzir apoptose.
Via extrínseca ativada pelo receptor de morte FAS:
· Vale ressaltar dois fatos essenciais para compreensão dessa via:
Em algumas células a via extrínseca recruta a via apoptótica intrínseca para amplificar a cascata da caspase e matar a célula.
Muitas células produzem proteínas inibidoras que agem para controlara via extrínseca. Algumas células, por exemplo, produzem a proteína FLIP que se assemelha à caspase iniciadora mas não possui atividade de protease. A proteína FLIP dimeriza-se com caspase-8 no complexo DISC; embora a caspase-8 pareça ser ativa nesses heterodímeros, a caspase-8 não é clivada no sítio requerido para sua ativação estável e o sinal apoptótico é bloqueado. Tais mecanismos inibidores ajudam a prevenir a ativação inapropriada da via extrínseca da apoptose.
· Via Intrínseca da apoptose: 
· As células podem ativar seus programas de apoptose de dentro da célula.
· Essas respostas governadas por vias apoptóticas intrínsecas ou mitocondriais, dependem da liberação de proteínas mitocondriais no citosol, que normalmente residem no espaço intermembrana dessas organelas.
· Algumas das proteínas liberadas ativam a cascata proteolítica de caspases no citoplasma, levando à apoptose.
· Como ocorre o processo:
A) Uma proteína chave na via intrínseca é o citocromo C, um componente solúvel da cadeia transportadora de elétrons da mitocôndria, que quando liberado pela mitocôndria no citosol assume uma nova função, ligar-se a uma proteína adaptadora chamada Apaf1.
B) Após o citocromo C se ligar ao Apaf1, ocorre uma oligomerização dessa proteína formando um heptamero, chamado de apoptossomo.
C) Então, as proteínas Apaf1 no apoptossomo heptamero recrutam proteínas caspase-9-iniciadoras que, acredita-se ser ativada pelo apoptossomo, tal como a caspase-8 da avia extrínseca pelo DISC.
D) As moléculas caspase-9-iniciadoras então ativam caspases executoras que induzem a apoptose.
Via Intrínseca da apoptose:
· Reguladores da via intrínseca:
A via intrínseca é firmemente regulada para assegurar que células cometam suicídio apenas quando for apropriado.
A principal classe de proteínas reguladoras intracelulares da via intrínseca são as proteínas Bcl2, esse tipo de proteína pode suprimir a apoptose.
Esse tipo de proteína Bcl2, controlam o processo de apoptose principalmente regulando os níveis de citocromo C e de outras proteínas mitocondriais intermembrana no citosol.
Vale ressaltar que esse tipo de proteína pode se dividir em dois tipos de reguladoras, as proteínas bcl2 anti-apoptóticas e pró-apoptóticas. 
As proteínas pró-apoptóticas, promovem a apoptose através do aumento da liberação dessas proteínas intermembrana mitocondrial e citocromo C, ao contrário das anti-apoptóticas que bloqueiam essa liberação. 
As proteínas pró-apoptóticas e anti-apoptóticas podem se ligar umas às outras em várias combinações para formar heterodímeros, nos quais as duas proteínas inibem as funções umas das outras, ficando assim inativas.
O balanço entre as atividades dessas duas classes funcionais de proteínas da família Bcl2 determina se células de mamíferos vivem ou morrem pela via intrínseca da apoptose.
As proteínas pró-apoptóticas podem ser dividas em duas subfamílias: As proteínas efetoras da família Bcl2 e as proteínas BH3-apenas.
Vale ressaltar que as proteínas da família BH3 é o único domínio BH que media-se entre todos os membros da família Bcl2. Nesse sentido, ele medeia interações diretas entre membros das famílias pró-apoptótica e anti-apoptótica.As três classes de proteína da família Bcl2:
Quando um estímulo apoptótico dispara a via intrínseca, proteínas efetoras da família Bcl2 pró-apoptóticas tornam-se ativadas e se agregam para formar oligômeros na membrana externa da mitocôndria, induzindo a liberação do citocromo c e outras proteínas intermembrana por um mecanismo desconhecido.
Ressalta-se que as principais proteínas efetoras da família Blc2 são a BAK e BAX, e ao menos uma delas é necessária para a via intrínseca de apoptose funcionar.
Enquanto BAK está ligada à membrana externa mitocondrial, mesmo na ausência de um sinal apoptótico, BAX está principalmente localizada no citosol e se transloca para a mitocôndria apenas depois que um sinal apoptótico a ativa.
As proteínas da família Bcl2 antiapoptóticas, como a Bcl2 e BclX, também estão localizadas na superfície citosólica da membrana mitocondrial externa, onde ajudam a impedir a liberação inapropriada de proteínas intermembrana. As proteínas da família Bcl2 antiapoptóticas inibem a apoptose principalmente pela ligação e inibição de proteínas da família Bcl2 pró-apoptóticas – tanto na membrana mitocondrial como no citosol. Na membrana mitocondrial externa, por exemplo, elas ligam-se a Bak e impedem a sua oligomerização, consequentemente inibindo a liberação de citocromo c e outras proteínas intermembrana.
As proteínas BH3-apenas são a maior subclasse de proteínas da família Bcl2. A célula tanto as produz como as ativa em resposta a um estímulo apoptótico, e elas são conhecidas por promoverem a apoptose principalmente pela inibição de proteínas antiapoptóticas. Seus domínios BH3 ligam-se a uma fenda hidrofóbica longa nas proteínas da família Bcl2 antiapoptóticas, neutralizando sua atividade. Essa ligação e a inibição permitem o agregamento de Bax e Bak na superfície da mitocôndria, a qual dispara a liberação de proteínas mitocondriais intermembrana que induzem a apoptosePapel das proteínas efetoras pró-apoptóticas:
As proteínas BH3-apenas proporcionam a ligação crucial entre estímulos apoptóticos e a via intrínseca da apoptose, com diferentes estímulos ativando diferentes proteínas BH3-apenas. Alguns sinais de sobrevivência extracelulares, por exemplo, impedem a apoptose pela inibição da síntese ou atividade de certas proteínas BH3-apenas. 
Similarmente, em resposta ao dano do DNA que não pode ser reparado, as proteínas p53 supressoras de tumor se acumulam e ativam as proteínas supressoras P53, que ativam a transcrição de genes que codificam as proteínas BH3-apenas.Como mencionado anteriormente, em algumas células, a via apoptótica extrínseca recruta a via intrínseca para amplificar a cascata de caspase para matar a célula. A proteína BH3-apenas Bid é a conexão entre as duas vias. Bid está normalmente inativa.
Contudo, quando receptores de morte ativam a via extrínseca em algumas células, a caspase iniciadora, caspase-8, cliva Bid, produzindo uma forma ativa de Bid que se transloca para a membrana externa mitocondrial e inibe proteínas antiapoptóticas da família Bcl2, amplificando assim o sinal de morte.
· Controle das caspases: 
Pelo fato de a ativação da cascata de caspases causar morte certa, as células empregam múltiplos mecanismos robustos para assegurar que essas proteases sejam ativadas apenas quando necessário.
Uma família de proteínas conhecidas como inibidores da apoptose (IAP) fornecem mais uma linha de controle, esse tipo de proteína se liga as caspases e as inibem. Algumas IAPs também fazem a poliubiquitinação das caspases, marcando as caspases para destruição pelos proteassomos. Dessa maneira, as IAPs estabelecem um limiar inibidor que caspases devem cruzar para disparar a apoptose.
A barreira inibidora proporcionada pelas IAPs pode ser neutralizada por proteínas anti-IAP, as quais são produzidas em resposta a vários estímulos apoptóticos, como mencionados anteriormente.
O papel das proteínas IAP e anti-IAP na apoptose é menos claro. As anti-IAPs são liberadas do espaço intermembrana mitocondrial quando a via intrínseca da apoptose é ativada, bloqueando IAPs no citosol e, dessa maneira, promovendo a apoptose.
Regulação da via intrínseca:
· O que são os fatores de sobrevivência?
De forma geral, são moléculas de sinalização extracelular que inibem a apoptose, que juntas são chamadas de fatores de sobrevivência.
Nesse sentido, muitas células animais requerem sinalização contínua de outras células para evitar a apoptose. Essa surpreendente combinação aparentemente ajuda a assegurar que células sobrevivam apenas quando e onde são necessárias.
Por exemplo, as células nervosas que recebem sinais de sobrevivência suficientes vivem, enquanto as outras morrem. Dessa maneira, o número de neurônios sobreviventes é automaticamente ajustado, sendo apropriado para o número de células-alvo conectadas.
Uma competição similar por quantidadeslimitadas de fatores de sobrevivência produzidos por células vizinhas é conhecida por controlar o número celular em outros tecidos durante o desenvolvimento e a idade adulta.
Os fatores de sobrevivência geralmente se ligam a receptores da superfície celular, que ativam vias de sinalização intracelulares que suprimem o programa apoptótico, frequentemente por meio da regulação de proteínas da família Bcl2.
Papel dos fatores de sobrevivência:
Como os fatores de sobrevivência podem inibir a apoptose:
· Como ocorre a fagocitose e remoção das células apoptóticas:
A morte da célula por apoptose é um processo extraordinariamente organizado: a célula apoptótica e seus fragmentos não se rompem e liberam seus conteúdos, mas em vez disso, permanecem intactas para serem eficientemente comidas – ou fagocitadas – por células vizinhas, não deixando traços e, portanto, sem disparar nenhuma resposta inflamatória.
Esse processo de engolfamento depende de modificações químicas na superfície das células apoptóticas, que disparam sinais de recrutamento de células fagocíticas. Uma modificação especialmente importante ocorre na distribuição de fosfolipídeos fosfatidilserina carregados negativamente na superfície celular. Esse fosfolipídeo normalmente está localizado exclusivamente na folha interna da bicamada lipídica da membrana plasmática, mas ele vira para a folha externa em células apoptóticas.
Os macrófagos não fagocitam células saudáveis no animal – apesar do fato de células saudáveis normalmente exporem algumas fosfatidilserinas na sua superfície. As células saudáveis expressam proteínas-sinal na sua superfície, as quais interagem com receptores inibitórios nos macrófagos que bloqueiam a fagocitose. Assim, além de expressar sinais na superfície celular, tal como as fosfatidilserinas que estimulam a fagocitose, células apoptóticas devem perder ou inativar o sinal de “não me coma” que bloqueia a fagocitose.